TECNOLOGIA: PROTESI ROBOTICA BASATA SU UN RASPBERRY Pi

 

Questo braccio intelligente impara a muoversi in modo naturale, in base a ciò che sta facendo chi lo indossa, come scopre Phil King nell'ultimo numero di The MagPi, ora disponibile.

Conosciuto per le sue creazioni robotiche, il popolare YouTuber James Bruton è anche un appassionato cosplayer di Iron Man, e la sua ultima invenzione impressionerebbe sicuramente Tony Stark: un braccio protesico intelligente che può muoversi in modo naturale e autonomo, a seconda della postura del corpo e dei movimenti degli arti di chi lo indossa.

'È un progetto a cui ho pensato per un po', ma in realtà non ho mai tentato correttamente', ci dice James. 'Ho pensato che sarebbe stato bello avere un flusso di lavoro di qualcosa che potrebbe essere utile.'

Tuta per la cattura del movimento

Per ottenere i dati sui movimenti del corpo su cui basare i movimenti del braccio, James ha preso in considerazione l'uso di un computer cerebrale, ma questo sarebbe inaffidabile senza inserire degli elettrodi nella sua testa! Quindi, ha invece scelto di addestrarlo con l'apprendimento automatico.

Per questo ha creato una tuta per la cattura del movimento da parti stampate in 3D per raccogliere tutti i dati dai movimenti del suo corpo: braccia, gambe e testa. La tuta misura i movimenti delle articolazioni utilizzando pezzi rotanti con encoder magnetici, insieme alle posizioni degli arti e della testa - tramite una speciale fascia per la testa - utilizzando le unità di misurazione inerziale MPU-6050 e le schede Teensy LC.

Raccolti da un Teensy 4.1, questi dati vengono quindi inseriti in un modello di apprendimento automatico in esecuzione sul Raspberry Pi Zero della tuta utilizzando AOgmaNeo, una libreria software C++ leggera progettata per funzionare su dispositivi a bassa potenza come i microcontrollori.

'AOgmaNeo è un sistema di apprendimento automatico di rinforzo che apprende cosa stanno facendo tutti i dati in relazione a se stessi', spiega James. “Ciò significa che puoi rimuovere qualsiasi dato e, dopo l'addestramento, il software farà del suo meglio per sostituire il pezzo mancante con un output appreso. Nel mio caso, sto rimuovendo il braccio destro e utilizzando l'output appreso per guidare il braccio protesico, ma potrebbe essere qualsiasi arto'.

Mentre James osserva che AOgmaNeo è in realtà pensato per l'apprendimento per rinforzo, 'in questo caso sappiamo quale dovrebbe essere l'output piuttosto che essere sconosciuto e apprendere attraverso il rinforzo binario'.

Per addestrare il modello, James ha utilizzato movimenti ripetuti distintivi, come camminare, in modo che il braccio protesico potesse in seguito prevedere cosa dovrebbe fare dai dati del sensore in arrivo. Trascorse anche un po' di tempo fermo in modo che il braccio sapesse cosa fare in quella situazione.

Nuovo modello di braccio

Con il modello di apprendimento automatico addestrato, Raspberry Pi Zero può essere messo in modalità di riproduzione per controllare in modo intelligente i movimenti del braccio montato sullo zaino. Può quindi duplicare ciò che stava facendo il vero braccio destro di chi lo indossa durante l'allenamento a seconda delle posizioni e dei movimenti delle altre parti del corpo.

Quindi, come dimostra nel suo video di YouTube, se James inizia a camminare sul posto, il braccio protesico oscilla nella direzione opposta al suo braccio sinistro mentre avanza e si sposta in avanti mentre solleva la gamba sinistra. Se sta fermo, il braccio pende al suo fianco. La mano stampata in 3D è stata aggiunta esclusivamente per motivi estetici e le dita non si muovono.

James ammette che il progetto è altamente sperimentale e attualmente è uno dei primi lavori in corso. 'Mi piacerebbe sviluppare ulteriormente questo concetto', dice, 'anche se l'attuale configurazione è leggermente troppo ambiziosa e poco pratica. Penso che il prossimo passo sarà avere un insieme più semplice di input e output”.

Sebbene generalmente pubblichi i suoi progetti CAD e il suo codice, il braccio 'non funziona molto bene, quindi questa volta non l'ho fatto. Tuttavia, AOgmaNeo è open-source (gratuito per uso personale), quindi puoi creare qualcosa di simile se lo desideri. Cosa faresti con un braccio in più?

Questa storia è stata pubblicata sulla rivista MagPi. Puoi scaricare subito il nuovissimo numero dal Raspberry Pi Press Store o tramite un'app su Android o iOS. Puoi anche ritirarlo da supermercati ed edicole. C'è anche un PDF gratuito che puoi scaricare.

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